Temperatura Crítica (gases)

Definición

La temperatura crítica es la temperatura máxima a la cual un gas puro puede ser licuado independientemente de la cantidad de presión que se le aplique. Por encima de esta temperatura, no importa cuánta presión se ejerza sobre el gas, no se puede convertir en líquido. En este punto, el gas se encuentra en un estado supercrítico, donde no existe una distinción clara entre la fase líquida y la fase gaseosa. La temperatura crítica es una propiedad fundamental de cada sustancia y varía de un compuesto a otro.

Conceptos Relacionados

1. Presión crítica:

   • Es la presión mínima que se debe aplicar para licuar un gas a su temperatura crítica. A la temperatura crítica y bajo esta presión, el gas y el líquido coexisten en equilibrio. La presión crítica, junto con la temperatura crítica, define el punto crítico de una sustancia.

2. Punto crítico:

   • Es el conjunto de condiciones de temperatura y presión en el que desaparece la distinción entre las fases líquida y gaseosa de una sustancia. Por encima de la temperatura crítica, la sustancia se encuentra en un estado fluido supercrítico, donde las propiedades del líquido y del gas se fusionan.

Explicación del Fenómeno

A medida que se eleva la temperatura de un gas, la energía cinética de sus moléculas aumenta. Este aumento de la energía cinética hace que las moléculas tiendan a moverse más rápido y con mayor libertad, reduciendo las fuerzas de atracción entre ellas. Cuando un gas alcanza su temperatura crítica, la energía cinética es tan alta que las moléculas no pueden unirse para formar un líquido, sin importar cuánta presión se aplique.

• Por debajo de la temperatura crítica: Al aplicar presión a un gas, las moléculas se acercan lo suficiente para formar un líquido.

• Por encima de la temperatura crítica: Incluso con el aumento de la presión, las moléculas no se acercan lo suficiente para licuarse debido a la alta energía cinética.

En el punto crítico, las propiedades físicas del gas (como la densidad) se vuelven similares a las del líquido, y las fases gaseosa y líquida se vuelven indistinguibles. Este estado se denomina fluido supercrítico.

Ejemplos de Temperaturas Críticas

Cada sustancia tiene su propia temperatura crítica, que varía en función de las características moleculares. Algunos ejemplos comunes son:

• Dióxido de carbono (CO₂):

  • Temperatura crítica: 31.1 °C.

  • Presión crítica: 73.8 atm.

  • Por encima de esta temperatura, el CO₂ no puede licuarse, independientemente de la cantidad de presión aplicada.

• Agua (H₂O):

  • Temperatura crítica: 374.1 °C.

  • Presión crítica: 218 atm.

  • El agua entra en un estado supercrítico a temperaturas superiores a 374.1 °C, lo que significa que no puede existir como líquido en condiciones normales por encima de esta temperatura.

• Oxígeno (O₂):

  • Temperatura crítica: -118.6 °C.

  • Presión crítica: 50.4 atm.

Aplicaciones de la Temperatura Crítica

1. Sistemas de refrigeración y compresión de gases:

   • La comprensión de la temperatura crítica es esencial en la licuefacción de gases, como en la licuefacción del gas natural (GNL) o el oxígeno, donde se requiere que los gases estén por debajo de su temperatura crítica para ser licuados mediante compresión.

2. Fluidos supercríticos:

   • Los fluidos supercríticos, como el dióxido de carbono supercrítico, tienen aplicaciones importantes en la industria, especialmente en procesos de extracción (por ejemplo, la extracción de cafeína del café) y en la química verde, ya que combinan las propiedades de un gas y un líquido, siendo eficientes solventes.

3. Estudio de transiciones de fase:

   • La temperatura crítica se utiliza en la física y la termodinámica para estudiar las transiciones de fase entre el gas y el líquido, proporcionando información sobre las propiedades de las sustancias bajo diversas condiciones.

Conclusión

La temperatura crítica es un concepto clave en la comprensión de cómo los gases pueden licuarse y cómo las sustancias se comportan en estados supercríticos. Es fundamental en aplicaciones industriales, como en los sistemas de refrigeración y en la manipulación de fluidos supercríticos. Este concepto es vital en la termodinámica y proporciona una base importante para la comprensión de las transiciones de fase y el comportamiento de los gases bajo condiciones extremas.